寒区长大公路隧道温度场特性研究-桥梁与隧道工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 寒区长大公路隧道温度场特性研究 专 业: 桥梁与隧道工程 研究生：宁翠萍 指导教师：霍润科 教授 摘要 伴随我国经济的快速发展，大量寒区隧道工程在东西部寒冷地区正在大规模 的兴建，与一般地区相比较寒区隧道将面临更多复杂的技术难题，尤其是冻害问 题。国内多座公路隧道和铁路隧道均遭受到不同程度的冻害，直接威胁到隧道结 构的稳定性与行车的安全性，并且造成了严重的经济损失。鉴于寒区隧道遭受冻 害的严峻形势，对隧道围岩温度场及保温隔热技术的研究变得尤为重要。 本文结合哈尔滨天恒山公路隧道及现场监测数据，对隧道内气温及围岩温度 场进行系统的分析。首先提出考虑相变的平面瞬态温度场计算模型，利用 ANSYS 有限元软件对隧道及围岩温度场进行模拟，分析隧道运营以后不同时间段，隧道 及围岩的温度场变化规律。其次对比分析三种不同工况相同厚度的保温层设置， 表明将保温层分层设置在初期支护表面和二次衬砌表面，能更有效的防治冻害现 象的发生。通过对 PU，XPS，EPS 三种材料的保温效果进行综合分析，选择了更 有效更经济的保温材料。论文最后根据有限元和传热学基本理论，对隧道结构设 置保温层和不设保温层两种工况下进行热与应力场的耦合分析，发现温度场对隧 道结构的应力场有较大的影响，因此在寒区进行隧道结构设计时，要考虑热应力 的影响。 关键词：寒区隧道 冻害 温度场 保温隔热层 耦合分析 基金资助:本研究得到国家自然科学基金(4117223)和陕西省教育厅专项基金 (11JK0947)资助。 Study on the Temperature Field of Long and Large-span Highway Tunnel in Cold Regions Specialty: Bridge and Tunnel Engineering Name: Ning Cuiping Instructor: Huo Runke Professor ABSTRACT Along with the rapid economic development of our country, a lot of tunnels in cold areas are being built in large-scale in the eastern and western cold regions, compared with the common areas, tunnels in cold regions will confront with more and complex technical problems, especially frozen damage problems. In domestic, many a highway tunnels and railway tunnels are suffered to different degrees of frozen damage problems, which affect the stability of tunnel structure and the safety of driving and cause serious economic loss. In view of the grim situation which cold regions tunnels are suffered to, research on surrounding temperature field and thermal insulation technology is particularly important. Combining with the Tianhengshan highway tunnel in Harbin and the temperature field data monitored in the joblocation, the temperature inside the tunnel and temperature field of surrounding rock are systematically analyzed. Firstly, this paper creates the plane and transient temperature model considering the phase change and simulates the temperature field of the tunnel using ANSYS finite element softw